Teoría e aplicacións das correntes de Foucault

Definición de corriente de Foucault

Segundo a lei de Lenz, cando un bucle conductor está exposto a un campo magnético cambiante, xera unha f.e.m. que induce unha corrente que se opón ao cambio. De xeito semellante, cando un campo magnético cambia a través dun corpo conductor, como un filamento ou unha lámina, provoca que as correntes fluían a través das seccións transversais do material.

A estas correntes dáseles o nome de correntes de Foucault, en alusión ás eddies de auga, pequenos remolinos observados en lagos e océanos. Estas correntes de Foucault poden ser tanto beneficiosas como indeseables.

Mentres causan perdas de calor indeseables no material, como no núcleo dun transformador, as correntes de Foucault atopan aplicacións en diversos procesos industriais como o calentamento por indución, metalurgia, soldadura, frenado, etc. Este artigo trata da teoría e aplicacións do fenómeno de correntes de Foucault.

Perda de corrente de Foucault no transformador

O campo magnético dentro do núcleo dun transformador induce unha f.e.m., levando a correntes de Foucault segundo a lei de Faraday e a lei de Lenz. Na sección do núcleo, o campo magnético B(t) a partir da corrente i(t) dos devandos xera correntes de Foucault ieddy.

As perdas debido ás correntes de Foucault poden escribirse do seguinte modo:

Onde, ke = constante que depende do tamaño e inversamente proporcional á resistividade do material,

f = frecuencia da fonte de excitación,

Bm = valor máximo do campo magnético e

τ = espesor do material.

A ecuación anterior mostra que a perda de corrente de Foucault depende da densidade de fluxo, a frecuencia e o espesor do material e é inversamente proporcional á resistividade do material.

Para reducir as perdas de corrente de Foucault no transformador, o núcleo faiuse de placas finas empilhadas chamadas laminaciones. Cada placa está aislada para restrinxir as correntes de Foucault a áreas transversais pequenas, minimizando a súa traxectoria e reducindo as perdas.

Isto representa na figura a seguir:

Para aumentar a resistividade do material, úsase acero de grao CRGO (grain oriented cold rolled) como núcleo do transformador.

Propiedades das correntes de Foucault

• Estas só se inducen dentro dos materiais conductores.

• Estas distórseanse por defectos como rachaduras, corrosión, bordos, etc.

• As correntes de Foucault atenuanse con a profundidade, sendo a intensidade máxima presente na superficie.

Estas propiedades permiten que as correntes de Foucault se utilizen nas industrias de enerxía, aeroespacial e petroquímica para detectar rachaduras e danos metálicos.

Aplicacións das correntes de Foucault

Levitación magnética: É un tipo repulsivo de levitación que atopa aplicación nos trens Maglev modernos de alta velocidade para proporcionar transporte sen fricción. O fluxo magnético cambiante producido por un imán superconductor colocado no tren en movemento produce correntes de Foucault na lámina conductora estacionaria sobre a que o tren levita. As correntes de Foucault interaccionan co campo magnético para producir forzas de levitación.

Tratamento de cancro por hipertermia: Calor de correntes de Foucault usado para o calentamento de tecidos. Correntes de Foucault inducidas nos tubos conductores por bobinas proximais conectadas a un condensador para formar un circuito tanque que se conecta a unha fonte de frecuencia radioeléctrica.

Frenado de correntes de Foucault: A enerxía cinética convertida en calor debido ás perdas de corrente de Foucault atopa numerosas aplicacións na industria.

• Frenado de trens.

• Frenado dunha montaña rusa.

• Serra eléctrica ou taladro para o seu apagado de emerxencia.

  
  

Calentamento por indución: Este proceso calenta electricamente un corpo conductor inducindo correntes de Foucault con un electroimán de alta frecuencia. Utilízase principalmente para cocinar por inducción, fornos para fundir metais, soldadura e braseado.

Conducción de velocidade axustable por correntes de Foucault: Con a axuda dun controlador de realimentación pode lograrse unha conducción de velocidade axustable por correntes de Foucault. Atopa aplicacións na conformación de metais, transportadores, procesamiento de plásticos, etc.

Detectores de metais: Detecta a presenza de metais dentro de rochas, solos, etc. coa axuda da indución de correntes de Foucault no metal se está presente.

Aplicacións de procesamento de datos: Ensayo non destructivo de correntes de Foucault utilizado para investigar a composición e dureza de estruturas metálicas.